二维半导体晶体管中的超低接触电阻，接近量子极限

《Journal of the American Chemical Society》：Ultralow Contact Resistance in Two-Dimensional Semiconductor Transistors Approaching the Quantum Limit

硅基集成电路因量子限制和界面效应难以继续微型化，二维材料有望突破这一瓶颈但面临接触电阻高的问题。本研究通过结合高通量第一性原理计算与机器学习技术，揭示氢键作用（-OH基团）可显著增强金属/二维半导体界面耦合，降低肖特基势垒高度和隧穿电阻，实现接近量子极限的接触电阻（<1Ω/□）。基于符号回归建立了电阻与势垒高度、隧穿特异电导率等关键参数的物理模型。

　　

由于强烈的量子限制和界面效应，基于硅的集成电路的微型化正逐渐达到其极限。原子级薄的二维（2D）材料在突破这一限制方面展现出巨大潜力，但由于2D半导体中存在的范德华能隙以及金属-半导体（MSJ）界面处层间耦合较弱，实现超低接触电阻（R_C）仍然是一个关键挑战。在此，我们通过结合高吞吐量的第一性原理计算和机器学习技术，开发了调节R_C和肖特基势垒高度（SBH）的有效策略。值得注意的是，我们发现含有-OH官能团的MSJ界面上的氢键相互作用显著增强了金属与2D半导体之间的耦合，从而有效降低了隧穿势垒并实现了电荷重新分布。这种相互作用使得欧姆接触的形成成为可能，进而实现了接近量子极限的超低R_C值。通过符号回归分析，我们将R_C与包括SBH和隧穿特定电阻率在内的关键物理参数联系起来，建立了可靠的物理模型。这些发现为设计具有优异电接触性能的下一代晶体管架构提供了重要的见解和有效方法。